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Title:
METHOD AND DEVICE FOR INSERTING A WORKPIECE INTO A BORE OF A SUPPORT OF THE WORKPIECE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/098828
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for inserting at least one workpiece (3) into at least one bore (2) of a support (4) for the workpiece is provided, wherein the workpiece and/or the support are excited to undergo mechanical oscillations during the insertion. Similarly provided is a device for inserting a workpiece into a bore of a support comprising a holder for holding the support, at least one inserting device (1) for inserting the workpiece into the bore and at least one exciting device for exciting the workpiece and/or the support to undergo mechanical oscillations. The inserting device is preferably formed as a mandrel, which acts as an exciting device in the form of an ultrasound sonotrode. Ultrasound-assisted insertion takes place. An example of an application for the method is the plating through of solar modules and PCB or DCB substrates.

Inventors:
SCHNEIDER HEINZ-INGO (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/050914
Publication Date:
August 21, 2008
Filing Date:
January 28, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
SCHNEIDER HEINZ-INGO (DE)
International Classes:
B23P19/02; B21D39/03; F28F3/04; H01L31/042; H05K3/32; H05K3/40
Foreign References:
US20020195271A12002-12-26
US4319708A1982-03-16
US4333789A1982-06-08
US3926357A1975-12-16
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Verfahren zum Einfuhren mindestens eines Werkstucks (3) in mindestens eine Bohrung (2) eines Tragers (4) des Werkstucks, wobei das Werkstuck und/oder der Trager wahrend des Einfuhrens zu mechanischen Schwingungen angeregt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Erzeugen der mechanischen Schwingungen dem Werkstuck und/oder dem Trager Ultraschallwellen zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei Ultraschallwellen mit einer Ultraschallfrequenz verwendet werden, die aus dem Bereich von einschließlich 15 kHz bis einschließlich 90 kHz ausgewählt sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Bohrung ein Sackloch oder ein Durchgangsloch des Tragers verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Bohrung mit einer runden oder schlitzförmigen öffnung verwendet wird, durch die das Werkstuck in die Bohrung eingeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Werkstuck aus der Gruppe Band, Faden, Folie und Draht ausgewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Werkstuck mit einem Werkstoff verwendet wird, der aus der Gruppe Aluminium und Kupfer ausgewählt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Werkstuck durch das Einfuhren in die Bohrung plastisch verformt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zum Einfuhren des Werkstucks in die Bohrung eine Einfuhreinrichtung (1) verwendet wird, die zusammen mit dem Werkstuck derart in die Bohrung gesteckt wird, dass das Werkstuck in die Bohrung eingeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei als Einfuhreinrichtung ein Dorn verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Einfuhreinrichtung als Sonotrode zum Zufuhren der Ultraschallwellen zum Werkstuck ausgebildet ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei als Trager eine Platte verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei als Platte ein Schaltungstrager einer elektrischen Schaltung verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der elektrische Schaltungstrager aus der Gruppe PCB-Substrat und DCB-Substrat und Solarmodul ausgewählt wird.

15. Vorrichtung zum Einfuhren eines Werkstucks (3) in eine Bohrung (2) eines Tragers (4) mit - einer Halterung zum Halten des Tragers,

- mindestens einer Einfuhreinrichtung (1) zum Einfuhren des Werkstucks in die Bohrung und

- mindestens einer Anregungseinrichtung (1) zum Anregen des Werkstucks und/oder des Tragers zu mechanischen Schwingungen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Einfuhreinrichtung und/oder die Halterung die Anregungseinrichtung aufweisen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Einfuhreinrichtung ein Dorn ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Einfuhreinrichtung als Sonotrode ausgebildet ist.

Description:

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Einfuhren eines Werkstucks in eine Bohrung eines Tragers des Werkstucks

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einfuhren eines Werkstucks in eine Bohrung eines Tragers des Werkstucks .

Das Werkstuck ist beispielsweise ein metallisches Band. Der

Trager des Bandes ist beispielsweise eine Platte. Das Band soll zur Durchkontaktierung durch eine in der tlatte vorhandenen Bohrung gedruckt werden. Das Band soll in die Bohrung eingeführt bzw. eingefädelt werden. Bei der Einfuhrung des Bandes in die Bohrung kommt es bei einem steifen, dickeren Bandmaterial trotz großer Kräfte, die zum Einfuhren aufgebracht werden, zum Verhaken und Verklemmen des Bandes in der Bohrung. Problematisch ist dies insbesondere bei einem automatisierten Fertigungsprozess .

Aufgabe der Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie die

Wahrscheinlichkeit für das Verhaken und das Verklemmen beim Einfuhren eines Werkstucks, beispielsweise eines Bandes, in eine Bohrung eines Tragers des Werkstucks reduziert werden kann.

Zur Losung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Einfuhren mindestens eines Werkstucks in mindestens eine Bohrung eines Tragers des Werkstucks angegeben, wobei das Werkstuck und/oder der Trager wahrend des Einfuhrens zu mechanischen Schwingungen angeregt werden.

Zur Losung der Aufgabe wird auch eine Vorrichtung zum Einfuhren eines Werkstucks in eine Bohrung eines Tragers mit einer Halterung zum Halten des Tragers, mindestens einer Einfuhreinrichtung zum Einfuhren des Werkstucks in die Bohrung und mindestens einer Anregungseinrichtung zum Anregen des

Werkstucks und/oder des Tragers zu mechanischen Schwingungen angegeben. Vorzugsweise weisen die Einfuhreinrichtung und/oder die Halterung die Anregungseinrichtung auf.

Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, dem Werkstuck und/oder dem Trager des Werkstucks wahrend des Einfuhrungsvorgangs bzw. Einfadelvorgangs mechanische Schwingungsenergie zuzuführen. Die Schwingungsenergie fuhrt zu einer verringerten Reibung zwischen dem Werkstuck und einer Wandung der Bohrung. Somit vermindert die zugefuhrte Schwingungsenergie die Wahrscheinlichkeit für das Verhaken und Verklemmen des Werkstucks in der Bohrung und erleichtert damit das Einfuhren des Werkstucks in die Bohrung.

Für das Anregen der mechanischen Schwingungen werden beispielsweise Schallwellen eingesetzt, die in das Werkstuck und/oder in den Trager eingekoppelt werden. In einer besonderen Ausgestaltung werden zum Erzeugen der mechanischen Schwingungen dem Werkstuck und/oder dem Trager Ultraschallwellen zugeführt. Dabei sind Ultraschallwellen unterschiedlichster Ultraschallfrequenzen denkbar. Besonders geeignet sind Schallwellen mit einer Ircoucz aus dem Bereich von einschließlich 1 kHz bis 150 kHz. Vorzugsweise werden Ultraschallwellen verwendet, die aus dem Bereich von einschließlich 15 kHz bis einschließlich 90 kHz ausgewählt sind.

Eine Form und Ausgestaltung der Bohrung des Tragers kann sehr unterschiedlich sein. Beispielsweise wird als Bohrung ein

Sackloch oder ein Durchgangsloch des Tragers verwendet. Ein Durchgangsloch erstreckt sich durch den Trager hindurch von einer Oberflache des Tragers zur gegenüberliegenden Oberflache des Tragers. Das Durchgangsloch weist zwei Offnungen auf. Dagegen erstreckt sich ein Sackloch nicht komplett durch den Trager. Ein Sackloch weist lediglich eine öffnung auf.

Eine öffnung der Bohrung im Trager, durch die das andere Werkstuck eingeführt wird, kann beliebig symmetrisch oder unsymmetrisch geformt sein. Eine Form der öffnung richtet sich nach einer Form des Werkstucks, das eingeführt werden soll. Oft weisen die Werkstucke einen runden oder rechteckigen Querschnitt auf (siehe unten) . Daher wird vorzugsweise eine Bohrung mit einer runden

oder schlitzförmigen öffnung verwendet, durch die das Werkstuck in die Bohrung eingeführt wird. Darüber hinaus kann eine Bohrung mit einer Fase (abgeschrägte Kante) verwendet werden.

Mit dem Verfahren können beliebige Werkstucke in eine Bohrung eines Tragers des Werkstucks eingeführt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich das Verfahren für ein Werkstuck herausgestellt, das aus der Gruppe Band, Faden, Folie und Draht ausgewählt wird. Diese Werkstucke zeichnen sich in der Regel durch eine Dicke (Starke) aus, die im Vergleich zur

Langsausdehnung deutlich geringer ist. Die Dicken bewegen sich dabei vorzugsweise im Bereich von unter 1,0 mm. Ohne Unterstützung durch die Schallwellen musste unter Umstanden eine sehr hohe Kraft aufgebracht werden, damit ein derartiges Werkstuck durch die Bohrung gedruckt werden kann. Dabei bestünde die Gefahr, dass das Werkstuck wahrend des Einfuhrens bzw. Durchdruckens zerstört wird. Dadurch, dass das Werkstuck und/oder der Trager zu mechanischen Schwingungen angeregt werden, tritt ein Verhaken des Werkstucks in der Bohrung nur mit geringer Wahrscheinlichkeit auf . Zum Durchdrucken des Werkstucks durch die Bohrung mit Unterstützung von mechanischen Schwingungen sind im Vergleich zum Durchdrucken ohne Unterstützung von mechanischen Schwingungen geringere Kräfte notwendig. Damit ist die Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung des Werkstuckes verringert.

Das Werkstuck kann aus beliebigen Materialien bestehen. So eignet sich das Verfahren zur Durchfuhrung von Werkstucken aus Kunststoff oder aus Textilien. Besonders geeignet ist das Verfahren für ein Werkstuck aus Metall. Für den Fall, dass durch die Bohrung eine elektrische Durchkontaktierung erzeugt werden soll, wird vorzugsweise ein Werkstuck mit einem Werkstoff verwendet, der aus der Gruppe Aluminium und Kupfer ausgewählt wird. Diese Metalle zeichnen sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aus.

Vorzugsweise wird zum Einfuhren des Werkstucks in die Bohrung eine Einfuhreinrichtung verwendet, die zusammen mit dem

Werkstuck derart in die Bohrung gesteckt wird, dass das Werkstuck in die Bohrung eingeführt wird. Die Einfuhreinrichtung wird zusammen mit dem Werkstuck in die Bohrung gesteckt. Dadurch wird das Werkstuck in die bzw. durch die Bohrung gedruckt. Das Einfuhren kann dabei mit einer konstanten oder mit einer sich ändernden Geschwindigkeit (Vorschubgeschwindigkeit) erfolgen.

Vorzugsweise wird als Einfuhreinrichtung ein Dorn verwendet. Insbesondere wird eine Einfuhreinrichtung verwendet, die als Sonotrode (Bohrrussel) zum Zufuhren der Ultraschallwellen zum Werkstuck ausgebildet ist.

Die Verwendung eines Dorns/einer Sonotrode zusammen mit einem der oben genannten Werkstucke (Bander, Folien, Drahte) aus Aluminium oder Kupfer (Schichtdicken 0,1 mm bis 0,4 mm) ist besonders vorteilhaft. Die genannten Werkstucke aus diesen Metallen sind relativ leicht verformbar. Es findet ein Umformen des Werkstucks statt. Durch das Einfuhren in eine Bohrung in Form eines Durchgangslochs entsteht auf der gegenüberliegenden Seite eine Schlaufe, die einfach zu kontaktieren ist (Schiaufenfadeln) . Bei einem der angegebenen oder bei ahnlichen Werkstucken nimmt durch das Durchschieben des Werkstucks mit Hilfe der Sonotrode eine Formbarkeit des Werkstucks zu. Damit ist eine geringere Anpassung einer Abmessung des Werkstucks an eine Abmessung der Bohrung notig. Dies ist im übrigen nicht auf Werkstoffe aus den genannten Metallen beschrankt. Es gilt daher ganz allgemein, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn das Werkstuck durch das Einfuhren in die Bohrung plastisch verformt wird.

Der Trager kann beliebig geformt sein und kann auch aus beliebigen Materialien bestehen (Glas, Metall, Keramik, Kunststoff) . Vorzugsweise wird als Trager eine Platte verwendet. Beispielsweise ein Metallband über eine Bohrung auf den Trager gelegt. Das Metallband kann lose auf die Platte gelegt oder bereits einseitig in Bezug auf die öffnung auf dieser befestigt sein. Insbesondere kann das Metallband aber auf die Platte gelotet oder geschweißt sein. Durch das oben beschriebene Verfahren gelingt das Einfädeln bzw. das Einfuhren mit relativ

geringem Kraftaufwand. Ein geringerer Kraftaufwand bedeutet aber auch eine geringere mechanische Belastung der Lotverbindung bzw. der Schweißverbindung beim Einfädeln.

Der Trager bzw. die Platte kann verschiedenste Funktionen erfüllen. Insbesondere wird als Platte ein Schaltungstrager einer elektrischen Schaltung verwendet wird. Der Schaltungstrager wird vorzugsweise aus der Gruppe PCB-Substrat und DCB-Substrat und Solarmodul ausgewählt.

Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung folgende Vorteile :

- Es resultiert eine verringerte Durchsteckkraft für das Schiaufenfadeln .

- Es gelingt auch das Einfuhren/Einfädeln von dickeren Bandern oder Folien durch Bohrungen von Tragern aus sprodharten Materialien, beispielsweise Glas und Keramik.

- Das Verfahren ist mit geringem Aufwand automatisierbar.

- Das Verfahren ist universell einsetzbar (bzgl. Form und Werkstoff des Werkstucks) .

- Es sind keine Zusatzmaterialien zum Erleichtern des Einfuhrens des Werkstucks notig (z.B. Gleitmittel).

- Eine Steuerung und überwachung des Einfuhrprozesses ist einfach auf der Grundlage einer Leistung möglich, mit der die

Schwingungen erzeugt werden oder einer aufzubringenden Kraft zum Durchstecken eines Dorns/einer Sonotrode.

Anhand mehrerer Ausfuhrungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden naher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung

Gegeben ist ein Trager in Form eines Solarmoduls 4. Das Solarmodul weist eine Bohrung 2 auf. Die Bohrung ist ein Durchgangsloch durch das Solarmodul und weist gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel eine runde öffnung (Figur 1) und gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiels eine annähernd rechteckige öffnung auf (Figur 2) .

Das Werkstuck ist ein Band 3 aus Aluminium. Das Band ist auf den Trager gelegt. Zum Einfuhren des Bandes wird die Einfuhreinrichtung 1 verwendet. Die Einfuhreinrichtung ist ein als Sonotrode ausgebildeter Dorn. Der Dorn ist entsprechend den Bohrungen geformt (runder Querschnitt, Figur 1; rechteckiger Querschnitt, Figur 2) . Die Sonotrode fungiert als Anregungseinrichtung zum Anregen des Werkstucks mit Schwingungsenergie .

Zum Einfuhren des Bandes in die Bohrung wird der Dorn zusammen mit dem Band durch die Bohrung gedruckt. Wahrend des Einfuhrens bzw. Drückens werden über den als Sonotrode ausgebildeten Dorn Ultraschallwellen in das Band eingekoppelt. Das Band wird zu mechanischen Schwingungen angeregt. Es erfolgt das Einfuhren bzw. Durchfadeln des Bandes. Es resultiert jeweils eine Schlaufe 5, die aus der öffnung der Bohrung ragt, die öffnung der Bohrung entgegengesetzt ist, durch die das Band eingefädelt wurde.